KR20160144920A

KR20160144920A - 발룬이 통합된 다이폴 안테나

Info

Publication number: KR20160144920A
Application number: KR1020160069672A
Authority: KR
Inventors: 필립쁘 미나르; 끌로드 랑보; 이네 똥 도미니끄 로; 앙또니 오방
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2016-12-19
Also published as: US20160365640A1; CN106252876A; JP2017005706A; US9837722B2; EP3104461A1; EP3104462A1

Abstract

본 발명은 다이폴 안테나(1)에 관한 것으로, 다이폴 안테나(1)는 트랜지션(12)을 통해 전기적으로 연결된 제1 및 제2 방사 엘리먼트들(10, 11) - 상기 제1 및 제2 엘리먼트들은 주파수 대역에서 주파수(f₁)와 연관됨 -; 제1 방사 엘리먼트 상의 급전점(14) 및 기준점(15) - 급전점 및 기준점은 급전 라인의 급전 도체(21) 및 접지 도체(22)에 각각 연결됨 -; 및 제1 방사 엘리먼트에 배열된 슬롯(16)을 포함하는 발룬 - 상기 슬롯은 제1 단부(16a)에서 단락 회로를 갖고 트랜지션 옆의 제2 단부(16b)에서 개방 회로를 가짐 - 을 포함하고, 급전점(14)과 기준점(15)은 슬롯의 대향 측면들 상에 배열된다.

Description

발룬이 통합된 다이폴 안테나{DIPOLE ANTENNA WITH INTEGRATED BALUN}

본 발명은, 더욱 일반적으로, 셋톱박스들, 게이트웨이들, 및 스마트 홈 디바이스들과 같은 홈-네트워킹 전자 디바이스들에 통합되지만 이에 제한되지 않는 무선 시스템들에서의 애플리케이션용의 신규한 안테나 설계에 관한 것이다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 발룬 기능을 포함하는 안테나에 관한 것이다.

무선 기술의 출현으로, 셋톱박스들, 게이트웨이들, 및 스마트 홈 디바이스들과 같은 다수의 제품이 내장 안테나들을 포함한다. 내장 안테나들은 적어도 무선 칩셋을 지원하는 인쇄 회로 기판(PCB) 전반에 걸쳐 제품 내에 일반적으로 통합된다. 칩셋은 상이한 길이들의 안테나 케이블들을 통해 안테나들에 연결된다.

이들 안테나들의 통합은 예를 들어, 셋톱박스에서, 고속 및/또는 고전력 버스들(PCi-e, RGMII, Sata, USB, HDMI, ...)로부터, 디지털 칩(CPU)으로부터, SDRAM 메모리의 급전 라인들로부터 등과 같이 무선 제품의 상이한 소스들로부터 잡음을 포착(pick up)함으로써, 안테나들이 적절하게 설계되지 않을 경우에 무선 시스템 성능들을 손상시킬 수 있다. 이러한 잡음은 공통 모드 전류들로 인해 방사 엘리먼트를 통하거나 안테나 케이블의 차폐물을 통해 안테나에 결합될 수 있다. 전류의 이러한 누설은 다이폴 안테나의 급전(feeding)이 불평형일 때 발생할 수 있다.

도 1은 동축 케이블에 제공된 다이폴 안테나의 개략도를 도시하고, 공통 모드 전류 문제를 예시한다. 이러한 다이폴 안테나는 2개의 방사 엘리먼트들로 이루어지고, 제1 방사 엘리먼트가 동축 케이블의 중앙 급전 도체에 연결되고, 제2 방사 엘리먼트가 동축 케이블의 차폐물에 연결된다. 동축 케이블의 중앙 급전 도체로부터 오는 전류가 I_A로 표기된다. 동축 케이블의 차폐물의 내측으로부터 오는 전류가 I_B로 표기되고, 여기서 I_B=-I_A이다. 그러나, 동축 케이블의 외부에서, 이러한 전류(I_B)는 다이폴 안테나의 제2 방사 엘리먼트(I_B-I_C)와 동축 케이블의 외측(I_C) 사이에서 확산된다. 공통 모드 전류(I_C)라 불리는, 동축 케이블의 외측에서 흐르는 전류는 외부 잡음 소스들을 방사시킬 수 있고 외부 잡음 소스들에 결합될 수 있으며, 이는 현대의 무선 시스템들에서 회피되어야 한다. 더욱이, 동축 케이블 전반에 걸친 이러한 원치 않는 전류 누설은 방사 엘리먼트의 방사에 조합되는 여러 추가의 방사 소스들을 생성한다. 이것은 안테나 방향성 및 교차-편파(cross-polarization)의 증가, 및 방사 패턴 형상의 변형을 초래한다. 이러한 경우에, 트랜시버 출력 전력이 정규 사양을 따르기 위해 감소되어야 하고 각도 커버리지(angular coverage)가 낮기 때문에, 충격들 모두가 MIMO 시스템 성능에 영향을 미친다.

이러한 기생 결합을 감소시키고 그리고/또는 공통 모드 전류(I_C)를 감소시키기 위해 상이한 솔루션들이 개발되었다.

하나의 솔루션은 상이한 잡음 소스들과의 결합을 회피하는 새로운 케이블 경로(routing)를 찾기 위해 안테나 케이블 길이를 증가시키는데 있다. 이러한 솔루션의 주요 결점이, 케이블 손실을 증가시켜서, 추가의 비용으로 더 낮은 안테나 효율을 제공한다는 것이다.

다른 솔루션은 불평형 신호들을 평형 신호들로 변환하는 발룬("평형-불평형 변압기"의 축약형)을 사용하는데 있다. 발룬은 케이블과 안테나 사이에 삽입된다. 예를 들어, 접힌 발룬, 슬리브 발룬, 스플릿 동축 발룬, 반파장 발룬, 또는 칸델라브라(candelabra) 발룬과 같은 여러 발룬들이 사용될 수 있다. 이러한 발룬은 케이블의 외부로 역류하는 공통 모드 전류들을 방지하기 위해 세라믹 발룬일 수 있고 그리고/또는 페라이트 비드들 또는 RF 초크들/인덕터들을 사용할 수 있다. 이러한 솔루션은 안테나에 추가의 비용을 추가하고, 안테나와 추가의 디바이스들 사이의 상호작용으로 방사 패턴 형상을 변형시키거나 방향성을 증가시킬 수 있다. 발룬은 또한 다이폴 안테나에 통합될 수 있고, 인쇄 기술로 실현될 수 있다. 이 경우에, 발룬은 다이폴 안테나의 방사 엘리먼트들 사이에 삽입되고, 이는 안테나의 사이즈를 증가시킨다.

본 발명의 일 목적은 발룬에 장착되고 감소된 글로벌 사이즈를 갖는 다이폴 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 제1 양태는 다이폴 안테나에 관한 것으로, 다이폴 안테나는:

- 트랜지션(transition)을 통해 전기적으로 연결된 적어도 제1 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트,

- 제1 방사 엘리먼트 상의 급전점 및 기준점 - 급전점은 급전 라인의 급전 도체에 연결되고, 기준점은 급전 라인의 접지 도체에 연결됨 -, 및

- 발룬을 포함하고,

발룬은 제1 방사 엘리먼트 내에 배열된 적어도 제1 슬롯을 포함하고, 제1 슬롯은 제1 단부에서 단락 회로를 갖고, 트랜지션 옆의 제2 단부에서 개방 회로를 가지며,

- 급전점 및 기준점은 제1 슬롯을 따라 대향 측면들 상에 배열된다. 발룬은 적어도 3개의 측면 상에서 제1 방사 엘리먼트에 의해 둘러싸이도록 제1 방사 엘리먼트 내에 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 발룬은 다이폴 안테나의 2개의 방사 엘리먼트 중 하나의 방사 엘리먼트에 통합된다. 이러한 배열은 더욱 컴팩트한 안테나를 획득하는데 기여한다.

특정한 실시예에서, 기준점은 트랜지션을 포함하는 슬롯의 측면 상에 배열된다.

제1 실시예에서, 제1 슬롯의 길이는 실질적으로 λ₁/4과 동일하고, 여기서, λ₁은 제1 및 제2 방사 엘리먼트들과 연관된 제1 주파수(f₁)의 관내 파장(guided wavelength)이다.

이러한 실시예에서, 급전점 및 기준점은 트랜지션 옆의 제1 슬롯의 대향 측면들 상에 바람직하게 배열된다.

변형으로, 제1 슬롯의 길이는 λ₁/4과 상이할 수 있고, 기준점은 대역폭에서 안테나의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 트랜지션 옆에 바람직하게 배열된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 급전 라인은 하기의 그룹에 속한다:

- 동축 케이블,

- 마이크로스트립 또는 스트립 라인,

- 공면 도파관 라인(coplanar waveguide line),

- 슬롯 라인.

특정한 실시예에서, 제1 및 제2 방사 엘리먼트들의 일반적인 형상은 타원형, 또는 직사각형 또는 삼각형 또는 사다리꼴 또는 다각형이다.

특정한 실시예에서, 발룬은 적어도 하나의 제2 슬롯을 더 포함하고, 적어도 하나의 제2 슬롯은 제1 슬롯에서 개방된다.

특정한 실시예에서, 적어도 하나의 제2 슬롯의 길이는 주파수(f₁)에서 발룬 기능을 강화하기 위해 제1 슬롯의 길이와 실질적으로 동일하다.

특정한 실시예에서, 다이폴 안테나는 제1 방사 엘리먼트에 연결된 제3 방사 엘리먼트 및 제2 방사 엘리먼트에 연결된 제4 방사 엘리먼트를 더 포함하고, 제3 및 제4 방사 엘리먼트들은 안테나의 제2 주파수 대역에서 제2 주파수(f₂)와 연관된다.

특정한 실시예에서, 제1 주파수 대역은 주파수 대역 [5.15GHz, 5.85GHz]이고, 주파수(f₁)는 주파수 대역 [5.15GHz, 5.85GHz] 내의 하나의 주파수이다.

특정한 실시예에서, 제2 주파수 대역은 주파수 대역 [2.4GHz, 2.5GHz]이고, 주파수(f₂)는 주파수 대역 [2.4GHz, 2.5GHz] 내의 하나의 주파수이다.

특정한 실시예에서, 다이폴 안테나는 단일 또는 다층 기판을 포함하고, 여기서, 제1 및 제2 방사 엘리먼트들, 및 적용가능하면, 제3 및 제4 방사 엘리먼트들은 단일 또는 다층 기판 상에 배열된다.

변형으로, 다이폴 안테나는 스탬핑된 금속 기술(stamped metal technology)로 실현된다.

본 발명의 다른 양태는 본 발명의 제1 양태의 임의의 실시예에 따른 적어도 하나의 다이폴 안테나를 포함하는 전자 무선 디바이스에 관한 것이다. 특정한 실시예에서, 전자 무선 디바이스는 게이트웨이 디바이스 또는 셋톱박스 디바이스를 포함한다.

본 발명은 예로서 제공되고 보호 범위를 제한하지 않는 아래의 설명 및 도면들을 참조하여 더 양호하게 이해될 수 있다.
- 이미 설명한 도 1은 동축 라인에 연결된 다이폴 안테나를 통해 흐르는 전류들을 예시하는 개략도이다.
- 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도이다.
- 도 3은 5GHz의 WiFi 대역에서 작동하는 도 2에 도시된 바와 같은 다이폴 안테나를 도시한다.
- 도 4는 도 3의 안테나의 반사 손실 응답(return loss response) 대 주파수를 예시하는 곡선을 도시한다.
- 도 5는 도 3의 안테나의 피크 이득 응답 및 피크 방향성 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다.
- 도 6은 도 3의 안테나의 안테나 효율 응답 및 방사 효율 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다.
- 도 7은 5.5GHz에서 도 3의 안테나의 3D 방향성 방사 패턴을 도시한다.
- 도 8은 5.5GHz에서 도 3의 안테나의 전류 밀도 분포를 도시한다.
- 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도이다.
- 도 10은 2개의 주파수 대역들에서 작동하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다이폴 안테나의 사시도이다.
- 도 11은 2개의 WiFi 대역 2.4GHz 및 5GHz에서 작동하는 도 10에 도시된 바와 같은 다이폴 안테나를 도시한다.
- 도 12는 도 11의 안테나의 반사 손실 응답 대 주파수를 예시하는 곡선을 도시한다.
- 도 13은 도 11의 안테나의 피크 이득 응답 및 피크 방향성 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다.
- 도 14는 도 11의 안테나의 안테나 효율 응답 및 방사 효율 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다.
- 도 15는 2.45GHz에서 도 11의 안테나의 3D 방향성 방사 패턴을 도시한다.
- 도 16은 5.5GHz에서 도 11의 안테나의 3D 방향성 방사 패턴을 도시한다.

예시적인 실시예들은 다양한 변형들 및 대안의 형태들이 가능하지만, 실시예들은 도면들에서 예로서 도시되고 여기에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예들을 개시된 특정한 형태들로 제한하려는 의도가 있는 것이 아니라, 반대로 예시적인 실시예들은 청구항들의 범주 내에 있는 모든 변형물들, 등가물들 및 대안믈들을 커버하기 위한 것이라는 것을 이해해야 한다. 동일한 부호들이 도면의 설명 전반적으로 동일한 엘리먼트들을 지칭한다.

이하, 본 발명이 2개의 실시예들, 하나의 단일 대역 안테나 및 하나의 듀얼 대역 안테나를 통해 설명될 것이다. 물론, 본 발명은 다중대역 안테나들에 적용될 수 있다.

도 2 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 대역 다이폴 안테나이다.

도 2는 단일 대역 안테나의 사시도이다. 이러한 도면을 참조하면, 다이폴 안테나(1)는 트랜지션(12)을 통해 전기적으로 함께 연결된 2개의 방사 엘리먼트들(10 및 11)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 다이폴 안테나는 유전체 기판(13)상에 실현된다. 방사 엘리먼트들(10 및 11)은 기판 상에 퇴적된 도전층에서 에칭된다. 트랜지션(12)은 방사 엘리먼트(10)를 방사 엘리먼트(11)에 전기적으로 연결하는 도전층의 영역을 나타낸다. 이러한 실시예에서, 2개의 방사 엘리먼트들의 일반적인 형상은 타원형이다. 물론, 다른 방사 엘리먼트 형상들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 삼각형, 사다리꼴, 또는 다각형 또는 직사각형 형상들을 갖는 다른 방사 엘리먼트들이 사용될 수 있다. 길이에 대해 상대적으로 넓은 폭을 갖는 이러한 방사 엘리먼트 설계가 컴팩트한 안테나를 획득하는데 기여한다.

방사 엘리먼트들의 총 길이는 바람직하게는, 원하는 주파수 대역에서의 주어진 주파수(f₁), 예를 들어, WiFi 대역 [5.15GHz-5.85GHz]에서의 주파수의 관내 파장의 약 절반이다.

다이폴 안테나(1)에는 급전 도체(21) 및 접지 도체(22)를 포함하는 급전 라인(2)이 제공된다. 도 2에서, 급전 라인은 동축 라인이다. 동축 라인의 차폐물이 접지 도체이다. 마이크로스트립 또는 스트립 라인, 또는 공면 파장(CPW) 라인 또는 슬롯 라인과 같은 다른 급전 라인들이 사용될 수 있다.

급전 라인의 급전 도체(21)는 급전점(14)에서 방사 엘리먼트(10)에 연결되고, 접지 도체(22)가 기준점(15)에서 안테나에 연결된다.

다이폴 안테나(1)는 급전 라인(2)의 외부로 역류하는 공통 모드 전류들을 방지하기 위해 발룬을 더 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 발룬은 방사 엘리먼트(10)에 배열된 슬롯(16)을 포함한다. 직사각형 형상의 슬롯(16)은 제1 단부(16a)에서 단락 회로, 및 트랜지션(12) 옆의 제2 단부(16b)에서 개방 회로를 갖는다. 급전점(14) 및 기준점(15)은 슬롯(16)의 대향 측면들 상에 배열된다. 대향 측면들은 제1 단부(16a)로부터 제2 단부(16b)로 슬롯을 따라 연장한다.

기준점(15)은 트랜지션(12)을 포함하는 슬롯의 측면 상에 배열된다. 기준점(15)은 트랜지션(12)에 또는 트랜지션에 가깝게 위치된다. 바람직하게는, 슬롯(16)의 길이는 실질적으로 λ₁/4와 동일하고, 여기서, λ₁은 주파수(f₁)의 관내 파장이다. 그러나, 이러한 길이는 주파수 대역에서 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 변경될 수 있다.

유사하게, 급전 라인은 바람직하게는 안테나의 2개의 방사 엘리먼트 사이에 집중되지만, 주파수 대역에서 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 시프트될 수 있다.

미앤더 슬롯(meander slot) 또는 테이퍼링된 슬롯(tapered slot)과 같은 다른 슬롯 형상들이 요청된 주파수 대역폭을 달성하기 위해 사용될 수 있다.

유사하게, 하나 또는 여러 홀들이 방사 성능들 향상시키기 위해 라디에이터들에 삽입될 수 있다.

이러한 안테나 구성의 성능은 5GHz 대역에서 단방향성 WiFi 안테나를 달성하기 위해 평가되었다.

도 3은 플라스틱 부분(ABS)의 피스(P)에 부착된 테스트 안테나를 도시한다. 안테나(1)는 원하는 위치에 안테나를 유지하도록 설계된 캐비닛의 측벽상에 접착/폼 테이프(adhesive/foam tape)에 의해 플라스틱 부분에 고정된다. 이러한 안테나 설계는 HFSSTM 3D 전자기 시뮬레이션 툴을 사용하여 시뮬레이션되었다. 일부 관련 치수들이 아래에서 여기에 제공된다:

- 기판 치수들: 17.5mm x 9.8mm ;

- 안테나 금속 부분의 두께: 0.03mm;

- 방사 엘리먼트들의 총 길이(x 방향): 16.5mm;

- 슬롯(16)의 길이: 트랜지션까지 6mm;

- 동축 케이블(2)의 길이: 100mm(10mm만이 동축 케이블로서 모델링되고, 나머지 90mm는 차폐물만이 고려된다);

- 플라스틱 재료: ABS;

- 플라스틱 부분 치수들: 20mm x 20mm x 2.5mm;

- 기판의 바닥과 플라스틱 부분(P) 사이의 갭: 폼 테이프의 폭에 대응하는 1mm.

이러한 안테나의 성능들이 도 4 내지 도 8에 의해 예시된다.

도 4는 안테나의 반사 손실(dB 단위의 S(1,1)) 대 주파수를 예시하는 곡선이다. 이 도면은 원하는 WiFi 대역 [5.15GHz-5.85GHz]을 커버하는 5GHz-6GHz의 대역에 대해 넓은 매칭 대역(반사 손실<-10dB)이 달성된다는 것을 도시한다.

도 5는 도 3의 안테나의 피크 이득 응답 및 피크 방향성 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다. 이러한 도면은 방향성의 상당한 레벨(~ 3dBi)이 달성된다는 것을 도시하고(안테나는 단방향성인 것으로 고려됨), 이는 안테나의 방사 성능들에 대한 동축 케이블의 낮은 효과를 나타낸다. 유사하게, 시뮬레이션된 이득들이 전체 주파수 대역 상에서 2.5/2.8dBi 주위에서 동일한 레벨들에서 상당하다.

도 6은 [5GHz-6GHz]의 대역에서 안테나 및 방사 효율들(퍼센티지 단위)을 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다. 이들 2개의 곡선들은 전체 대역에서 높은 방사 효율 및 높은 안테나 효율(90%에 가까움)을 도시한다.

도 7은 5.5GHz에서 안테나의 3D 방향성 방사 패턴(dBi 단위)을 예시한다. 이러한 도면은 매우 낮은 리플들을 도시한다.

도 8은 5.5GHz에서 안테나의 전류 밀도 분포(A/m 단위)를 도시한다. 이러한 도면은 가장 높은 전류 레벨이 슬롯의 단락 회로 평면에 위치되고, 가장 낮은 전류 레벨이 기준점 근처에 위치된다는 것을 도시한다. 이는 전류(공통 모드 전류)가 동축 라인(2)의 외부면으로 역류하는 것을 최소화한다.

모든 이들 시뮬레이션 측정치들은 방사 엘리먼트(10)에 통합된 발룬이 원하는 기능을 충족시킨다는 것, 즉, 공통 모드 전류가 안테나의 이득 및 방사 성능들을 저하시키지 않고 동축 라인의 외부면으로 역류하는 것을 방지한다는 것을 나타낸다. 안테나의 하나의 방사 엘리먼트에서의 발룬의 이러한 통합은 저가의 컴팩트한 안테나를 달성하게 한다.

도 2 내지 도 8에 예시된 안테나는 방사 엘리먼트(10)에 통합된 단일 슬롯(16)을 포함한다.

도 9에 의해 예시된 변형에서, 도면부호 1'로 언급된 안테나는 방사 엘리먼트(10)에서 추가의 슬롯(17)을 포함하고, 슬롯(17)은 슬롯(16)에서 개방된다. 슬롯(17)은 L 형상을 갖는다. 이러한 슬롯은 제1 단부(17a)에서 단락 회로, 및 슬롯(16)의 단부(16b) 옆의 제2 단부(17b)에서 개방 회로를 포함한다.

슬롯(17)의 길이는 바람직하게는, 주파수(f₁)에서 발룬 기능을 강화시키기 위해 슬롯(16)의 길이(λ₁/4)와 실질적으로 동일하다.

다른 변형에서, 기준점(15)이 트랜지션(12)을 포함하는 측면에 대향하는 슬롯의 측면 상에 배열되어 존재한다. 이 경우에, 안테나의 성능들은 더 낮다.

도 2 내지 도 9를 참조하여 전술한 안테나는 주어진 주파수 대역의 신호들을 방사하거나 수신하도록 구성된다. 본 발명은 다중대역 안테나들에 또한 적용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 대역 안테나(100)의 사시도를 도시한다.

이러한 도면을 참조하면, 다이폴 안테나(100)는 트랜지션(112)을 통해 전기적으로 함께 연결된 2개의 방사 엘리먼트들(110 및 111)을 포함한다. 이들 2개의 방사 엘리먼트들은 제1 주파수 대역, 예를 들어, WiFi 대역 [5.15GHz-5.85GHz]과 연관된다. 방사 엘리먼트들(110 및 111)은 유전체 기판(113) 상에 퇴적된 도전층에서 에칭된다. 방사 엘리먼트들(110 및 111)의 총 길이는 바람직하게는, 제1 주파수 대역에서의 주어진 주파수(f₁), 예를 들어, WiFi 대역 [5.15GHz-5.85GHz]에서의 주파수의 관내 파장의 약 절반이다.

다이폴 안테나는 방사 엘리먼트들(110 및 111) 각각에 전기적으로 연결된 2개의 방사 엘리먼트들(118 및 119)을 또한 포함한다. 방사 엘리먼트들(118 및 119)은 제2 주파수 대역에서의 주파수(f₂), 예를 들어, WiFi 대역 [2.4GHz-2.5GHz]에서의 주파수와 연관된다. 도 10에서, 방사 엘리먼트들(118 및 119)은 컴팩트한 안테나를 획득하기 위해 L 형상의 암(arm)들이다. 방사 엘리먼트(118)는 L 형상의 슬롯(120)에 의해 방사 엘리먼트(110)로부터 분리되고, 방사 엘리먼트(119)는 L 형상의 슬롯(121)에 의해 방사 엘리먼트(111)로부터 분리된다. 방사 엘리먼트들(118 및 119)의 총 길이는 바람직하게는, 제2 주파수 대역에서의 주어진 주파수(f₂), 예를 들어, WiFi 대역 [2.4GHz-2.5GHz]에서의 주파수의 관내 파장의 약 절반이다.

도 2에서와 같이, 다이폴 안테나(100)에는 급전 도체(21) 및 접지 도체(22)를 포함하는 급전 라인(2)이 제공된다. 급전 라인은 동축 라인이다.

급전 라인의 급전 도체(21)는 급전점(114)에서 방사 엘리먼트(110)에 연결되고, 접지 도체(22)는 기준점(115)에서 안테나에 연결된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 다이폴 안테나(100)는 급전 라인(2)의 외부로 역류하는 공통 모드 전류들을 방지하기 위해 발룬을 포함한다. 발룬은 방사 엘리먼트(110)에 배열된 슬롯(116)을 포함한다. 슬롯(116)은 테이퍼링된 형상을 갖고, 제1 단부(116a)에서 단락 회로, 및 트랜지션(112) 옆의 제2 단부(116b)에서 개방 회로를 포함한다. 급전점(114) 및 기준점(115)은 슬롯의 대향 측면들 상에서 슬롯(116)을 따라 배열된다. 기준점(115)은 트랜지션(112)에 또는 트랜지션에 가깝게 존재한다.

유리하게는, 슬롯(16)의 길이는 실질적으로 λ₁/4와 동일하고, 여기서, λ₁은 주파수(f₁)의 관내 파장이다.

이러한 안테나 구성의 성능들은 2.4GHz 대역 및 5GHz 대역 양자에서 단방향성 WiFi 안테나를 달성하기 위해 평가되었다.

도 11은 플라스틱 부분(ABS)의 피스(P)에 부착된 테스트 안테나를 도시한다. 안테나(100)는 원하는 위치에 안테나를 유지하도록 설계된 캐비닛의 측벽 상에 접착/폼 테이프에 의해 플라스틱 부분에 고정된다. 이러한 안테나 설계는 HFSSTM 3D 전자기 시뮬레이션 툴을 사용하여 시뮬레이션되었다. 일부 관련 치수들이 아래에서 여기에 제공된다:

- 기판 치수들: 26mm x 9.8mm;

- 안테나 금속 부분의 두께: 0.03mm;

- 방사 엘리먼트들의 총 길이(x 방향): 2.45GHz에서 42.6mm 및 5.5GHz에서 16.5mm;

- 슬롯(116)의 길이: 트랜지션까지 6mm;

- 플라스틱 재료: ABS;

- 플라스틱 부분 치수들: 40mm x 40mm x 2.5mm;

- 기판의 바닥과 플라스틱 부분(P) 사이의 접착 테이프: 0.1mm.

이러한 안테나의 성능들이 도 12 내지 도 16에 의해 예시된다.

도 12는 안테나의 반사 손실(S(1,1)) (dB 단위) 대 주파수를 예시하는 곡선이다. 이러한 도면은 넓은 매칭 대역(반사 손실<-10dB)이 WiFi 대역들 5GHz 및 2.4GHz에 대해 달성된다는 것을 도시한다.

도 13은 도 3의 안테나의 피크 이득 응답(dBi 단위) 및 피크 방향성 응답 대 주파수를 예시하는 2개의 곡선들을 도시한다. 이러한 도면은 방향성의 상당한 레벨(2.4GHz 대역에서 ~ 2dBi 및 5GHz 대역에서 3.6 내지 4.2dBi)이 달성된다는 것을 도시하고(안테나는 단방향성인 것으로 고려되고), 이는 안테나의 방사 성능들에 대한 동축 케이블의 낮은 효과를 나타낸다. 유사하게, 시뮬레이션된 이득들이 2.4GHz 대역에서 1/1.5dBi 및 5GHz 대역에서 3/3.5dBi 주위에서 동일한 레벨들에서 상당하다.

도 14는 2.4GHz 및 5GHz의 2개의 WiFi 대역에서 안테나 및 방사 효율들(퍼센티지 단위)을 예시하는 2개의 곡선을 도시한다. 이들 2개의 곡선은 2개의 대역에서 높은 방사 효율 및 높은 안테나 효율(90%에 가까움)을 나타낸다.

도 15는 2.45GHz에서 안테나의 3D 방향성 방사 패턴(dBi 단위)을 예시하고, 도 16은 5.5GHz에서 안테나의 3D 방향성 방사 패턴을 예시한다. 이들 2개의 도면은 매우 낮은 리플들을 나타낸다.

이상 개시된 바와 같은 발룬이 통합된 다이폴 안테나는 더욱 컴팩트한 안테나들이 획득되게 하고, 이는 전자 제품 내에서 더욱 양호한 통합 레벨을 허용한다. 2개의 방사 엘리먼트 중 하나의 방사 엘리먼트에의 발룬의 통합은 (발룬을 갖거나 갖지 않는) 최신의 다이폴 급전보다는 동축 케이블과의 더 낮은 상호작용을 나타낸다.

본 발명의 실시예들에 따른 제안된 안테나는 단일 또는 여러 도전층들 상의 인쇄 기술로, 또는 스탬핑된 금속 기술로 실현될 수 있다. 이들 2개의 기술은 대량 판매 시장(mass market)에 널리 적합하다.

본 발명의 일부 실시예들이 첨부한 도면들에 예시되고 상술한 상세한 설명에 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시예들에 제한되는 것이 아니라, 아래의 청구항들에 의해 설명되고 정의된 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 않고 다수의 재배열들, 변형물들 및 치환물들이 가능하다는 것을 이해해야 한다.

Claims

다이폴 안테나(1; 1'; 100)로서,
트랜지션(transition)(12; 112)을 통해 전기적으로 연결된 적어도 제1 방사 엘리먼트(10; 110) 및 제2 방사 엘리먼트(11; 111);
상기 제1 방사 엘리먼트 상의 급전점(14; 114) 및 기준점(15; 115) - 상기 급전점은 급전 라인(2)의 급전 도체(21)에 연결되고, 상기 기준점은 상기 급전 라인의 접지 도체(22)에 연결됨 -; 및
발룬
을 포함하고,
상기 발룬은 상기 제1 방사 엘리먼트 내에 배열된 적어도 제1 슬롯(16; 116)을 포함하고, 상기 제1 슬롯은 제1 단부(16a; 116a)에서 단락 회로를 갖고, 상기 트랜지션 옆의 제2 단부(16b; 116b)에서 개방 회로를 가지며,
상기 급전점(14; 114) 및 상기 기준점(15; 115)은 상기 제1 슬롯의 대향 측면들 상에 배열되는, 다이폴 안테나.
제1항에 있어서, 상기 기준점(15; 115)은 상기 트랜지션을 포함하는 상기 슬롯의 측면 상에 배열되는, 다이폴 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 슬롯(16; 116)의 길이는 실질적으로 λ₁/4과 동일하고, λ₁은 상기 제1 및 제2 방사 엘리먼트들과 연관된 제1 주파수(f₁)의 관내 파장(guided wavelength)인, 다이폴 안테나.
제3항에 있어서, 상기 기준점(15; 115)은 상기 트랜지션에 존재하는, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급전 라인(2)은:
- 동축 케이블,
- 마이크로스트립 또는 스트립 라인,
- 공면 도파관 라인(coplanar waveguide line),
- 슬롯 라인
의 그룹에 속하는, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사 엘리먼트들(10, 11; 110, 111)의 일반적인 형상은 타원형 또는 직사각형 또는 삼각형 또는 사다리꼴 또는 다각형인, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발룬은 적어도 하나의 제2 슬롯(17)을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 슬롯은 상기 제1 슬롯(16)에서 개방되는, 다이폴 안테나.
제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 슬롯(17)의 길이는 상기 제1 슬롯(16)의 길이와 실질적으로 동일한, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방사 엘리먼트(110)에 전기적으로 연결된 제3 방사 엘리먼트(118) 및 상기 제2 방사 엘리먼트(111)에 전기적으로 연결된 제4 방사 엘리먼트(119)를 더 포함하고, 상기 제3 및 제4 방사 엘리먼트들(118, 119)은 상기 안테나의 제2 주파수 대역에서 제2 주파수(f₂)와 연관되는, 다이폴 안테나.
제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역은 주파수 대역 [5.15GHz, 5.85GHz]이고, 상기 주파수(f₁)는 주파수 대역 [5.15GHz, 5.85GHz] 내의 하나의 주파수인, 다이폴 안테나.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제2 주파수 대역은 주파수 대역 [2.4GHz, 2.5GHz]이고, 상기 주파수(f₂)는 주파수 대역 [2.4GHz, 2.5GHz] 내의 하나의 주파수인, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 또는 다층 기판(13, 113)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 방사 엘리먼트들, 및 적용가능하면, 상기 제3 및 제4 방사 엘리먼트들은 상기 기판 상에 배열되는, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나는 스탬핑된 금속 기술(stamped metal technology)로 실현되는, 다이폴 안테나.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 다이폴 안테나를 포함하는, 전자 무선 디바이스.
제14항에 있어서, 게이트웨이 디바이스 또는 셋톱박스 디바이스를 포함하는, 전자 무선 디바이스.